Ciclo Celular é o
conjunto de fases que uma célula passa com o intuito de duplicar-se, dando
origem a duas células novas. Em células eucarióticas, o ciclo celular é
dividido em 3 fases principais, são elas: Intérfase, na qual ocorre crescimento
da célula e preparo para a divisão propriamente dita; Fase mitótica (Fase M),
na qual ocorrerá a separação dos cromossomos da célula-mãe; e Citocinese, na
qual ocorrerá o rompimento das membranas plasmáticas e a finalização do
processo de divisão, dando origem a duas células-filhas. Essas fases são de suma
importância para o funcionamento da célula, erros nesses processos podem
acarretar na morte celular ou até no desenvolvimento de células tumorais.
Para que o ciclo
seja mantido de forma organizada, a célula conta com uma maquinaria de
processos regulatórios dependente da ação de ciclinas e cinase.
Esquema do ciclo
celular: I=Interfase, M=Fase Mitótica. A duração da fase mitótica em relação às
outras fases encontra-se exagerada.
- Interfase
A Interfase é a
fase mais longa do ciclo celular. Em média, a célula passa cerca de 90% do
tempo em Intérfase. Nessa fase, a célula consegue nutrientes, cresce e duplica
suas moléculas de DNA. Assim, prepara-se para a divisão celular.
- Fase G1
A primeira etapa da
Interfase é marcada pela intensa síntese de enzimas, de RNA e no
"estocamento" de proteínas compensando sua síntese descontinuada
durante as etapas da Fase Mitótica. Consequentemente ocorre o crescimento
celular.
- Fase S
A segunda etapa da
Intérfase é marcada, principalmente pela duplicação do material genético, logo,
dobrando a ploidia da célula, fazendo que cada cromossomo apresente uma
cromátide irmã.Além disso, na fase S, ocorre o início da duplicação dos
centrossomas e o início dos seus movimentos para os polos da célula.
- Fase G2
A terceira etapa da
Intérfase é marcada pela intensa síntese de proteínas e consequentemente de
rápido crescimento celular, preparando a célula para a Fase Mitótica.
O deslocamento dos
centrossomas se dá por meio de dineínas e cinesinas.
Logo que foram
duplicados, os centrossomas já começam a produzir fusos astrais. Esses são
associados a dineínas causando um movimento de "esteira" fazendo o
centrossoma se deslocar para os polos. Ocorrem também a associação com duas
cinesinas EG5 que contribuem como uma segunda força para “empurrar” os
microtúbulos e deslocar os centrossomas.Quando o centrossoma já estiverem em
sua devida posição, o fuso astral relaciona-se com cinesina 14 fazendo uma
força contrária à tendência de movimento, fazendo com que o centrossoma pare em
determinada posição.
As fases G e S
possuem estas denominações em decorrência de abreviações do inglês - G para gap
(intervalo) e S para síntese.
O estágio G0 não é
presente em todas as células. Nessa etapa a célula entra num estágio de repouso
e não entra em processo de divisão celular.
Essas fases são
observadas mais frequentemente em células musculares e nervosas.
Fase mitótica,
mitose ou cariocines
Na Fase Mitótica
ocorre a divisão nuclear (nas células eucarióticas) a partir do preparo prévio
ocorrido durante a Intérfase.É uns processos contínuos, no entanto distinguem-se
fases:
- Prófase
Na primeira fase da
mitose, ocorre o condensamento dos cromossomos, aparecimento do fuso mitótico,
assim como a formação dos fusos pelos centrossomas.
Devido condensação
dos cromossomos, estes podem ser vistos em microscópios eletrônicos já na
Prófase.
- Prometáfase
Decomposição da
membrana nuclear (carioteca), formação de cinetócoros e associação do fuso metódico
a estes.
- Metáfase
Durante a Metáfase,
os cromossomos ligam-se ao fuso mitótico no plano equatorial da célula dando
origem à Placa equatorial e atingem o grau máximo de condensação
As cromátides irmãs
mantem-se ligadas umas as outras por meio de uma proteína denominada coesina,
até que se inicie a sua separação na Anáfase.
Devido ao fato de
os cromossomos estarem no maior grau de condensação, essa é a etapa mais
procurada para visualizá-los nos microscópios eletrônico para a sua análise e
para a construção de cariótipos.
O fuso acromático
completa o desenvolvimento e algumas fibrilas ligam-se aos centrómeros (as
outras ligam os dois centríolos);
As pontas das
cromátides são dobradas devido à associação da cinesina 4-10, focalizando a
força de distensão oriunda do microtúbulo no centro da cromátide.
- Anáfase
A anáfase começa
pela duplicação dos centrômeros, libertando as cromátides-irmãs que passam a
ser chamadas de cromossomos-filhos.As fibras do fuso, ligadas aos centrômeros,
encurtam, puxando os cromossomos para os pólos da célula. A anáfase é uma fase
rápida, caracterizada pela migração dos cromossomos para os pólos do fuso.
As fibrilas encurtam-se e começam a afastar-se:
Dá-se a clivagem
dos centrómeros. Os cromatídios que antes pertenciam ao mesmo cromossoma, agora
separados, constituem dois cromossomas independentes.
- Telófase
A membrana nuclear
forma-se à volta dos cromossomas de cada pólo da célula, passando a existir
assim dois núcleos com informação genética igual;
- Os núcléolos reaparecem;
- O fuso mitótico dissolve-se;
Os Cromossomos
descondensam e tornam-se menos visíveis:
- Citocinese
Corresponde à
divisão citoplasmática e, consequentemente, à individualização das duas
células-filhas; A citocinese difere conforme a célula for animal ou vegetal.
No fim da mitose da
célula animal formam-se, na zona do plano equatorial, um anel contráctil de
filamentos proteicos que, na citocinese, contraem-se e puxam a Membrana
plasmática para dentro até que as duas células-filhas se separam. Assim podemos
dizer que a citocinese animal é centripta porque ocorre de fora para dentro.
Na célula vegetal a
parede celular não permite o estrangulamento do citoplasma; em vez disso é
formada na região equatorial uma nova parede celular. Para isso vesículas
provenientes do complexo de Golgi alinham-se no plano equatorial e formam,
fundindo-se, uma estrutura que é a membrana plasmática das células filhas. Mais
tarde, por deposição de fibrilas de celulose forma-se nessa região a parede
celular. As vesiculas golgianas contem elementos constituintes da parede
celular, como pectinas. Esta citocinese e centrifuga, pois ocorre de dentro
para fora, isto e, fundem-se primeiro as vesiculas goliganas interiores e
depois as mais exteriores de uma forma progressiva.
Sistema de Regulação
O ciclo celular
deve ser algo extremamente regulado, falha em seus processos pode levar a
célula a entrar em colapso e até gerar células tumorais. Por esse motivo,
células eucarióticas apresentam uma série de mecanismos que impedem divisões
celulares incontroláveis e reparam danos no material genético.
Complexo ciclinas-CDKs
A ativação das
moléculas responsáveis pelo mecanismo de divisão ocorre por cinases dependentes
de ciclina (CDK, do inglês Cyclin-Dependent Kinases). Como o nome sugere, as
CDKs requerem a ligação de ciclinas - cujos níveis podem variar durante
diferentes fases, em contraste com os níveis de CDKs, que permanecem constantes
- para serem funcionais, sem a presença destas, não há atividade.Existem quatro
classes essencias de ciclinas (cada tipo formando um complexo equivalente ao se
ligar à CDK correspondente):
- Ciclinas-G1, também chamadas de ciclinas D em mamíferos, se ligam às
CDKs 4 e 6 e são responsáveis pelo controle de ciclinas-G1/S.
- Ciclinas-G1/S surgem no final da fase G1 e são rapidamente degradadas
na fase S, são responáveis pela passagem do ponto de regulação em G1.Nos
vertebrados, corresponde à ciclina E conjugada com CDK2.
- Ciclinas-S contribuem para a duplicação cromossômica (através da
ativação da DNA polimerase)[3], permanecendo transcritas desde o final de
G1 até a anáfase.
- Ciclinas-G2M ou -M estimulam a entrada na mitose.
- CAK
A ligação com
ciclinas, todavia, não garante a ativação completa das CDKs e tampouco é o
único mecanismo de controlo do ciclo.Para que ocorra ativação completa da CDK,
é necessário que uma CAK (CDK-activating kinase) fosforile um aminoácido em seu
sítio ativo.Uma fosforilação dupla adicional regulada pela proteína cinase
Wee1, porém, inibe a atividade da CDK, sendo preciso a desfosforilação por uma
fosfatase conhecida como Cdc25 para a reativação.
Esses inibidores só
são fosfatados, e consequentemente separados do complexo ciclina-CDK, quando
todos os pontos de regulação da célula aprovam a continuidade do ciclo celular.
Nesse caso, a cinase ativa fosfatará algum inibidor do continuamento do ciclo
e, assim, dará continuidade ao ciclo celular.
- APC/C
Para concluir o
processo cíclico é preciso haver a descontinuidade de certas funções exercidas
pelos complexos ciclina-CDKs.Em alguns casos, essa desativação acontecem a partir
da destruição de proteínas. O complexo promotor de anáfase ou ciclosomo (APC/C,
de anaphase-promoting complex or cyclosome) catalisa a ubiquitinização de
securinas, promovendo a entrada na anáfase, e das ciclinas-S e -M, completando
a fase M, a partir da consequente desfosforilação de alvos do complexo
ciclina-CDK.
Nesse processo,
moléculas de ubiquitina livres no citoplasma são transferidos para para o
elemento E1 do sistema de ubiquitinização. O elemento E2 consiste da proteína
ubiquitina-transferase que é responsável por transferir a ubiquitina para a substância
alva, reconhecida pelo elemento E3. Proteínas com a adição de ubiquitinas são,
comumente direcionados para proteossomas, que realizará a clivagem das ligações
dissulfeto e consequentemente a fragmentação da proteína. O processo de
ubitinização relaciona-se diretamente com a reciclagem de proteínas
relacionadas com o ciclo celular, tendo um papel importante para o seu
regulamento.
- Pontos de Regulação
O Ciclo Celular é
um processo extremamente complexo e de sua importância para a célula. Falhas no
ciclo podem causar danos graves, como a morte celular, aploidia das células
filhas, assim como o surgimento de células tumorais. Para que isso não ocorra
os mecanismos envolvidos nos ciclo celular devem estar atuando em sinergia.
Desse modo, a célula possui pontos de checagem para perceber quando pode ir
para a próxima etapa do ciclo celular.
- No final de G1
Antes de prosseguir
para a Fase S, a célula deve analisar se possui nutrientes necessários para
começar a nova fase, uma vez que a síntese de proteínas é mais lento a fase de
síntese de DNA.
- Na fase G2
Antes de iniciar-se
a mitose existe outro momento de controlo - caso a replicação do DNA não tenha
ocorrido corretamente o ciclo pode ser interrompido e a célula volta a iniciar
a fase S. Além disso, a célula percebe se há erros irreversíveis no material
genético e, caso o resultado seja positivo, a proteína P-53 induz a morte
celular por apoptose.
A verificação do
material genético é dada por meio de proteínas específicas que transitam pelo
núcleo e, ao reconhecerem um erro no DNA, mudam sua conformação espacial e
associam ao sistema E3 de ubiquitinização. A ubiquinitização dessas proteínas e
o desacoplamento de E3 faz com que novas proteínas se associem nessa região
para tentar reparar o meterial genético.
- Na transição metáfase/anáfase
Ao final da
metáfase, enquanto as cromátides irmãs estão ligadas uma a outra por meio de
coesinas, a célula checa se todas as cromátides estão ligadas ao fuso
acromático de forma que cada célula-filha receberá uma cromátide.
Quando esse sinal é
positivo, a APC-C e CDC-20 (ciclina) associam-se promovendo a fosforilação de
securinas.
As securinas são
proteínas que inibem separases e, quando fosforiladas, mudam sua conformação e
desassociam destas, perdendo seu caráter inibitório.
Após serem
fosfatadas, as securinas associam com o sistema E3 de ubiquitinização e, após
receberem 4 ubiquitinas, são identificadas por proteosomas e degradadas.
Separases são as
enzimas responsáveis pela quebra da coesina e consequentemente pelo início do
deslocamento das cromátides e, portanto, dão início à Anáfase.
Mitose é um
processo de divisão celular, contínuo, onde uma célula dá origem a duas outras
células. A mitose acontece na maioria das células de nosso corpo.
A partir de uma
célula inicial, formam-se duas células idênticas e com o mesmo número de
cromossomos. Isso ocorre porque, antes da divisão celular, o material genético
da célula (nos cromossomos) é duplicado.
A mitose é um
processo importante no crescimento dos organismos multicelulares e nos
processos de regeneração dos tecidos do corpo, pois ocorrem nas células
somáticas. Apesar de ser um processo contínuo, a mitose apresenta cinco fases.
A prófase é a fase
mais longa da mitose. Nela se verificam alterações no núcleo e no citoplasma
celular:
Modificação no
núcleo – de início se observa um aumento do volume nuclear. Isso ocorre porque
o citoplasma cede água ao núcleo.
Esse fato faz com
que o citoplasma se torne mais denso. No começo da prófase cada cromossomo se
apresenta constituído por dois filamentos denominados cromátides, unidos pelo
centrômero.
À medida que a
prófase progride, os cromossomos tornam-se curtos e aumentam sua espessura. É a
espiralização cromossômica.
Enquanto os
cromossomos estão se condensando, o nucléolo começa a se tornar menos evidente,
desaparecendo ao final da prófase.
O desaparecimento
do nucléolo está relacionado ao fato de cessar a síntese de RNA nos
cromossomos. Sendo que nucléolo é um local de intensa síntese de RNA-r, com a
condensação dos cromossomos essa síntese cessa e o nucléolo desaparece.
Modificação do
citoplasma – no citoplasma verifica-se a duplicação dos centríolos. Após
duplicarem-se, estes migram em direção aos polos da célula.
Após chegarem aos
polos são envolvidos por fibras que constituem o áster. Entre os centríolos que
se afastam, aparecem as fibras do fuso mitótico.
Ocorrem dois tipos
de fibras: as fibras contínuas, que vão de centríolos a centríolos e as
cromossômicas ou cinetocóricas, que só surgirão na prometáfase.
A prometáfase
começa com a desintegração da carioteca. Quando isso acontece, os cromossomos
caem no citoplasma e dirigem-se à região equatorial da célula, aonde vão se
prender as fibras do fuso por meio de centrômero.
Na metáfase os
cromossomos presos ao fuso pelo centrômero, encontram-se no plano equatorial da
célula formando a chamada placa metafásica ou equatorial.
Nessa fase da
divisão celular, os cromossomos permanecem parados por um longo tempo. Enquanto
isso, no citoplasma, verifica-se intensa movimentação de partículas e
organelas, que se dirigem equitativamente para polos opostos da célula.
A meiose é a
divisão celular que ocorre na formação das gametas, reduzindo o número de
cromossomos de uma espécie pela metade.
Assim, uma
célula-mãe diploide origina 4 células-filhas haploides.
O processo ocorre
por meio de duas etapas de divisões celulares sucessivas, dando origem a quatro
células:
Meiose I: Etapa
reducional, pois o número de cromossomos é reduzido pela metade.
Meiose II: Etapa
equacional, o número de cromossomos das células que se dividem mantém-se o
mesmo nas células que se formam.
A meiose ocorre
quando a célula entra em fase de reprodução, sendo o processo essencial para a
formação de gametas, esporos e nas divisões do zigoto.
Fases da meiose
Na interfase os
cromossomos são finos e cumpridos. Ocorre a duplicação do DNA e dos cromossomos,
formando assim as cromátides.
Após a duplicação
inicia-se a divisão celular.
A prófase I é uma
fase bastante complexa, sendo dividida em cinco sub-fases consecutivas:
Leptóteno:
cada cromossomo é formado por duas cromátides. Pode-se notar a presença de
pequenas condensações, os cromômeros.
Zigóteno:
inicia-se o emparelhamento dos cromossomos homólogos, denominado de sinapse,
que se completa no paquíteno.
Paquíteno: cada par
de cromossomos homólogos possui quatro cromátides, constituindo uma bivalente
ou tétrade, formada por cromátides-irmãs: as que se originam de um mesmo
cromossomo e as cromátides homólogas: as que se originam de cromossomos
homólogos. Essas podem sofrer uma ruptura na mesma altura, e os dois pedaços
podem trocar de lugar, realizando uma permutação ou crossing over. Como os
cromossomos são portadores de genes, ocorre uma recombinação gênica.
Diplóteno: os
cromossomos homólogos começam a se afastar, mas permanecem ligados pelas
regiões onde ocorreu a permutação. Tais regiões constituem os quiasmas.
Diacinese: continua
ocorrendo condensação e separação dos cromossomos homólogos. Com isso, os
quiasmas vão escorregando para as pontas das cromátides, processo denominado
terminação dos quiasmas. À medida que as fases evoluem, o nucléolo e a
carioteca desaparecem.
Na metáfase I, a
membrana celular desaparece. Os pares de cromossomos homólogos se organizam no
plano equatorial da célula.
Os centrômeros do
cromossomo homólogos se ligam a fibras que emergem de centríolos opostos. Assim
cada componente do par será puxado em direções opostas.
- Anáfase I
Na anáfase I, não
ocorre divisão dos centrômeros. Cada componente do par de homólogos migra em
direção a um dos polos da célula.
- Telófase I
Na telófase, os
cromossomos desespiralizam-se, a carioteca e o nucléolo reorganizam-se e ocorre
a citocinese, divisão do citoplasma. Desse modo, surgem duas novas células
haploides.
- Meiose II
A meiose II é
extremamente semelhante à mitose. A formação de células haploides a partir de
outras haploides só é possível porque ocorre durante a meiose II, a separação
das cromátides que formam as díades.
Cada cromátide de
uma díade dirige-se para um polo diferente e já pode ser chamada de
cromossomo-irmão. As fases da meiose II são as seguintes:
- Prófase II
Ocorre a
condensação dos cromossomos e a duplicação dos centríolos. O nucléolo e a
carioteca voltam a desaparecer.
- Metáfase II
Os centríolos estão
prontos para serem duplicados e os cromossomos organizam-se na região
equatorial.
- Anáfase II
As cromátides-irmãs
separam-se se migram para cada um dos polos da célula, puxadas pelas fibras do
fuso.
- Telófase II
As fibras do fuso
desaparecem e os cromossomos já encontram-se nos polos da célula. A carioteca
surge novamente e o nucléolo se reorganiza. Por fim, ocorre a citocinese e o
surgimento de 4 células-filhas haploides.
Gametogênese
(português brasileiro) ou Gametogénese (português europeu) é um processo pelo
qual as gametas são produzidas nos organismos dotados de reprodução sexuada.
Nos animais, a gametogênese também acontece nas gônadas, órgãos que também
produzem os hormônios sexuais, que determinam as características que
diferenciam os machos das fêmeas.
O evento
fundamental da gametogênese é a meiose, que reduz à metade a quantidade de cromossomos
das células, originando células haploides. Na fecundação, a fusão de duas gâmetas
haploides reconstitui o número diploide característico de cada espécie.
Espermatogênese é o
processo de formação das células sexuais masculinas, os espermatozoides. Os
espermatozoides são formados nos túbulos seminíferos.
Ovogênese ou
ovulogênese, é o processo de formação das células sexuais femininas, os óvulos.
No entanto, nos seres humanos bem como na maioria dos mamíferos este processo
só termina se após a ovulação ocorrer a fecundação do ovócito II que se
encontra em metafase II.
Os espermatozoides
e os óvulos têm origem nas células germinativas primordiais (CGPs) do embrião.
Estas células diferenciam-se muito cedo (no ser humano, aparecem na quarta
semana da gestação) na endoderme e são fáceis de reconhecer uma vez que contêm
grande quantidade da enzima fosfatase alcalina.
As CGPs migram por
movimento ameboide para o mesentério dorsal do embrião e daí lateralmente para
as cristas genitais, que se encontram próximas do local onde ficarão os rins.
Durante esta migração, as CGPs dividem-se várias vezes e, quando chegam às
cristas genitais, os embriões machos e fêmea não são ainda morfologicamente
reconhecíveis. No entanto, pouco tempo depois (na 6ª semana de gestação, nos
humanos) as diferenças começam a formar-se: enquanto na fêmea, as cristas
genitais mantêm a sua aparência, nos machos começam a formar-se as gônadas com
o desenvolvimento de cordões sexuais.
Nos machos, as CGPs
(células germinativas primordiais) transformam-se em espermatogônias diploides,
que graças às fases: multiplicação, crescimento, maturação e diferenciação (ou
espermiogênese), vão dar origem aos espermatozoides haploides que vão se
acumulando no lúmen dos tubos seminíferos. O aparelho reprodutor masculino é
formado pelos testículos, epidídimo, canal deferente e glândulas anexas. Os
testículos são glândulas de dupla função: produzir espermatozoides e hormônio
sexual masculino. Dentro dos testículos encontramos os túbulos seminíferos, no
epitélio desses túbulos encontramos as espermatogônias, células que estão em
constante proliferação e que se diferenciam em espermatócito de 1º ordem, de 2º
ordem e em seguida entra em meiose resultando nas espermátides. As espermátides
sofrem espermiogênese, espécie de diferenciação, um processo que as leva a dar
origem aos espermatozoides. As modificações que ocorrem durante a
espermiogênese são as seguintes: 1) O complexo de Golgi origina uma estrutura
localizada na parte anterior da cabeça do espermatozoide denominado acrossoma
que contém hialuronidase e outras proteases que têm função na penetração do
espermatozoide no ovócito. 2) Um dos centríolos origina o flagelo do
espermatozoide. 3) As mitocôndrias se localizam na base do flagelo para
fornecer energia nos batimentos flagelares. 4) Ocorre extrusão do material
citoplasmático.
Nas fêmeas, as CGPs
(células germinativas primordiais) transformam-se em ovogônias diploides, que
graças às fases: multiplicação, crescimento e maturação, vão dar origem ao (s)
óvulo (s) haploide (s). Mas, no caso dos seres humanos bem como na maioria dos
mamíferos este processo só termina se, após a ovulação, ocorrer a fecundação do
ovócito II que se encontra em metafase II, caso contrario o processo não chega
a ser concluído.
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